Peter Tucker
0 
4786
1317
Jak molekularny ninja, narzędzie do edycji genomu CRISPR-Cas9 przecina ultraswoiste segmenty DNA, aby wyciąć niechciane fragmenty kodu genetycznego. To precyzyjna i obiecująca metoda edycji genetycznej, która jest szeroko stosowana w badaniach naukowych. Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia będzie można go wykorzystać do selektywnego usuwania genów powodujących problemy zdrowotne, takie jak HIV, sierpowaty i rak.
Niestety, nowe badanie opublikowane dzisiaj (16 lipca) w czasopiśmie Nature Biotechnology sugeruje, że ten dzień może być bardziej odległy niż oczekiwano - i że komórkowa umiejętność władania mieczem CRISPR może spowodować znacznie większe szkody uboczne niż wcześniej sądzono.
Podczas używania CRISPR do edycji DNA zarówno w komórkach pochodzenia mysiego, jak i ludzkiego, autorzy badania odkryli, że ogromne fragmenty DNA zostały nieumyślnie usunięte, przegrupowane i w inny sposób zmutowane tak poważnie, że komórki utraciły funkcję w około 15 procentach przypadków.
Badanie zapewnia najbardziej systematyczne i surowe oszacowanie potencjalnych uszkodzeń genetycznych spowodowanych przez manipulacje CRISPR, jak powiedział autor badania Allan Bradley, starszy przywódca grupy i emerytowany dyrektor Wellcome Sanger Institute w Anglii. Powiedział, że wyniki mogą być powodem do przemyślenia zastosowania tej technologii w warunkach klinicznych do czasu przeprowadzenia dalszych badań.
„CRISPR nie jest tak bezpieczny, jak myśleliśmy” - powiedział Bradley. „Proces naprawy DNA nie jest w 100% niezawodny i mogą wystąpić problemy, którym należy się dokładniej przyjrzeć”.
Złamanie kodu (otwarcie)
Kiedy wyobrażasz sobie DNA, prawdopodobnie myślisz o podwójnej helisie - skręconej, przypominającej drabinkę sekwencji liter niosących informacje genetyczne. Każdy szczebel drabiny składa się z dwóch połączonych nukleotydów (malutkich cząsteczek organicznych) zwanych parą zasad. Twój kompletny genom zawiera około 3 miliardy tych par zasad, podzielonych na 23 pary chromosomów, które są obecne w każdej komórce twojego ciała.
Dokładna kolejność tych par zasad tworzy twój unikalny kod genetyczny. Mutacje w tym kodzie - powiedzmy, jeśli brakuje pary zasad lub do góry nogami - mogą powodować utratę funkcji różnych genów, co czasami prowadzi do zaburzeń genetycznych, takich jak mukowiscydoza, hemofilia i wiele rodzajów raka.
CRISPR został zaprojektowany w celu eliminacji ultraswoistych defektów genetycznych, takich jak te, poprzez przecinanie docelowych sekwencji DNA za pomocą podobnego do skalpela enzymu o nazwie Cas9. Po odcięciu DNA przez Cas9 w wyznaczonym miejscu, ten fragment DNA w naturalny sposób zaczyna się naprawiać. Dzięki tej metodzie problematyczne geny można szybko usunąć, a czasami można nawet dodać niestandardowe sekwencje genetyczne w miejscu pęknięcia, zanim DNA ponownie się uszczelni.
Wcześniejsze badania CRISPR nie wykazały wielu nieprzewidzianych mutacji genetycznych spowodowanych tym precyzyjnym działaniem krojenia, ale badania te mogły nie wyglądać wystarczająco mocno, powiedział Bradley..
„Konsekwencje [mutacji wywołanych przez CRISPR] mogą być dosłownie milionami par zasad z dala od miejsca pęknięcia” - powiedział Bradley.
W swoim nowym badaniu Bradley i jego koledzy wykorzystali CRISPR do edycji szeregu mysich komórek macierzystych, a następnie systematycznie przyglądali się parom zasad DNA komórek, przesuwając się coraz dalej od miejsca cięcia. Dzięki tak drobiazgowemu podejściu naukowcy odkryli, że około 15 procent badanych komórek uległo tak dużej mutacji, że utraciły swoją funkcję.
„W najprostszej postaci te mutacje są delecjami dużych ilości DNA” - powiedział Bradley (w niektórych przypadkach tysiące par zasad DNA zaginęło po manipulacji przez CRISPR). „Ale są też bardziej złożone wersje”.
Na przykład, powiedział Bradley, zespół wykrył przypadki, w których sekwencje kodu genetycznego były „zaszyfrowane” lub wstawione do nici od tyłu. W niektórych przypadkach długie sekwencje DNA, które powinny znajdować się w odległości tysięcy par zasad, zostały nieumyślnie zszyte w miejscu cięcia CRISPR. W innych przypadkach sekwencje kodu nigdzie w pobliżu miejsca cięcia - niektóre zlokalizowane miliony par zasad - były podobnie zmutowane.
Po przyjrzeniu się wielu różnym lokalizacjom wzdłuż DNA komórki, zespół zwrócił się następnie do innych typów komórek, w tym do komórek macierzystych pochodzenia ludzkiego wyhodowanych w laboratorium, aby sprawdzić, czy wzór uszkodzenia się powtórzył. Ich obserwacje pozostały spójne: około 15 procent komórek poddanych manipulacji CRISPR zostało przypadkowo zmutowanych w dramatyczny sposób.
Losowe cięcie
Ostatecznie dokładne konsekwencje tych mutacji są trudne do oszacowania, ponieważ różne typy komórek wykorzystują różne operacje do naprawy swojego DNA.
„Ponieważ masz losowy proces naprawy polegający na ponownym połączeniu DNA, myślę, że wszystko jest potencjalnie możliwe, gdy patrzysz na miliardy różnych zdarzeń” - powiedział Bradley.
Więc co to oznacza dla przyszłych badań CRISPR? Bradley uważa, że wyniki tego badania nie powinny dyskredytować CRISPR-Cas9 jako obiecującego narzędzia do badań genetycznych, ale powinny wzbudzić ostrożność naukowców, gdy myślą o użyciu narzędzia do edycji genów w warunkach klinicznych.
Maria Jasin, badaczka z Memorial Sloan Kettering Cancer Center, która nie brała udziału w badaniu, zgodziła się z tym. „To badanie pokazuje, że przed zastosowaniem CRISPR-Cas9 w praktyce klinicznej potrzebne są dalsze badania i szczegółowe testy” - powiedział Jasin w oświadczeniu.